Hydrodynamique et physico-chimie des écoulements diphasiques dans les conduits capillaires

Physicochemical and hydrodynamics of two phases flow in capillary tubes

• Auteur / Autrice : Nadji Moulai-Mostefa
• Direction : Dominique Barthès-Biesel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Viscosité

Surfactants

Interfaces liquide-liquide

Gaz -- Absorption et adsorption

Interfaces gaz-liquide

Pétrole -- Récupération secondaire

Embolie

Capillaires

Écoulement diphasique

Chimie physique et théorique

Hydrodynamique

Résumé

L'effet de surfactants sur l'écoulement de grosses gouttes d'huile ou bulles de gaz dans un écoulement capillaires est mesuré. Le dispositif expérimental consiste en un tube capillaire dans lequel des bulles sont injectées. L'épaisseur du film entourant les bulles est évaluée à partir des mesures conductimètriques. Le système peut fonctionner avec perte de charge imposée, dans ce cas, on mesure la vitesse des bulles, ou avec débit de fluide imposé, dans ce cas, on mesure la perte de charge. Dans le cas des bulles de gaz, les molécules tensio-actives s'adsorbent à l'interface et s'accumulent à l'arrière de la bulle en provoquant une rigidification partielle de l'interface. Un état stationnaire est atteint lorsque la vitesse d'alimentation de la partie rigide par adsorption et convection est égale à la vitesse de désorption de cette partie. Les valeurs de perte de charge additionnelles correspondantes augmentent avec la longueur des bulles pour atteindre un plateau. Ceci peut être expliqué par l'existence de deux interfaces, une partie rigide à l'arrière et une partie classique du type gaz/liquide à l'avant. Les surfactants à longues et courtes chaînes donnent le même comportement mais avec des cinétiques différentes. Le même phénomène est observé avec des systèmes liquide/liquide quand le rapport de viscosité entre la goutte et le fluide de suspension est modéré (inférieur à 8). Pour des valeurs importantes de ce rapport de viscosité, les phénomènes visqueux deviennent prédominants.

The effect of surfactants on the hydrodynamics of large drops or bubbles flowing in capillary tubes filled with water is measured. The experimental apparatus consists of a capillary tube inside which drop is injected. The film thickness around the slug is evaluated from conductivity measurements. The set-up is designed so as to operate either with a constant pressure head, in which case the drop velocity is monitored or with a constant flow rate, in which case the pressure drop is monitored. In the case of an air bubble, surface active molecules adsorb at the interface and are swept away towards the rear of the bubble, where they accumulate and rigidify the interface. A steady state is reached where the rate of alimentation of the rigid part of the interface, by adsorption and convection, is balanced by the rate of desorption from this part of surface. The steady state value of the additional pressure drop increases with bubble length until a constant maximum value is reached for sufficiently long slugs. This indicates the coexistence of a rigid region and a free slip interface on the front part of the bubble. The long and short chain surfactants give qualitatively the same behaviour but with different kinetics. The same phenomena are found for liquid/liquid systems when the drop to suspending medium viscosity ratio is moderate (less than 8). For higher values of the viscosity ratio, the hydrodynamics are essentially governed by the viscous effects.